气流床气化的甲烷化系统的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型公开了一种气流床气化的甲烷化系统，解决了现有甲烷化系统中循环气量大时存在的工艺复杂、调节困难、设备制造难度大、运行成本高的问题。技术方案包括高温反应段和低温反应段，所述高温反应段为并联的两个，所述两个高温反应段的出口均与低温反应段连接，以及分别经各自对应的锅炉给水预热器与压缩机连接，所述压缩机的出口分别与两个高温反应段连接。本实用新型系统简单、可温度控调及系统调节简单、可靠性好，满足大气量循环要求。
【专利说明】气流床气化的甲烷化系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种甲烷化系统，具体的说是一种气流床气化的甲烷化系统。
【背景技术】
[0002] 天然气是一种清洁、高效的能源产品。我国经济快速增长拉动了天然气需求，另外 随着国内可持续发展战略和加强环保等政策的实施，国内对天然气的需求将与日俱增。
[0003] 煤制天然气技术是通过煤气化生产的粗煤气分别经C0变换调节至合适的H/C0， 再经净化脱除酸性气体及其余杂质后，合格的净化气经甲烷化反应生成满足国家天然气标 准要求的合成天然气。其中煤气化技术的选择对全厂的技术经济以及环保等都有重要影 响。
[0004] 目前国内在建的煤制天然气项目均采用固定床气化，其三废排放问题严重。鉴于 国内对环保要求的日益提高，采用更洁净的煤气化技术(如粉煤气化）生产SNG将会是以后 的一个趋势，由于气化方式的变化，在同等规模下，针对气流床气化的甲烷化工艺（以下简 称方案A)比针对固定床气化的甲烷化工艺（以下简称方案B)难度极大增加，主要体现在以 下几点：
[0005] 1.甲烷化是体积缩小的反应，方案A原料气中几乎不含CH4，而方案B原料气中CH 4 含量达20%mol，同等产能的情况下，方案A原料气量远大于方案B，约为方案B的1. 6倍，对 于产量达到10亿Nm3/aSNG以上的大型工程而言，难以设计出满足气量处理要求的设备。
[0006] 2.甲烷化是一个强放热过程，方案B原料气中高浓度的CH4能有效平衡反应，易于 控制和调节反应温度，方案A原料气的特点高C0浓度，低CH 4浓度，调节难度增加；
[0007] 3.甲烷化是一个强放热过程，若反应温度不能得到有效控制，则会存在反应超温 损坏催化剂和设备的问题。为满足反应要求，需要采用合成气循环的方式控制温度，为达到 同样的反应效果，方案A的循环气量为方案B的三倍左右；
[0008] 4.由于A方案存在循环气量大，反应温度控制和调节难度大的问题导致该方案设 备、管道、仪表阀门等材料的制造和设计难度大，系统运行可靠性差，A方案在实际建设过程 中难以实现工程化。
【发明内容】
[0009] 本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、可温度控调及 系统调节简单、可靠性好，满足大气量循环要求的用于煤粉气化的煤制天然气的甲烷化系 统。
[0010] 本实用新型包括高温反应段和低温反应段，所述高温反应段为并联的两个，所述 两个高温反应段的出口均与低温反应段连接，以及分别经各自对应的锅炉给水预热器与压 缩机连接，所述压缩机的出口分别与两个高温反应段连接。
[0011] 任意一个所述高温反应段包括依次连接的原料气预热器、分离器、1#高温反应器、 1#废锅、2#高温反应器、蒸汽过热器及2#废锅；所述分离器的出口还与2#高温反应器入口 前的管线连接；所述压缩机的出口还分别与1#高温反应器和2#高温反应器的入口前的管 线连接。
[0012] 原料气预热器前的管线上还设有甲烷补入口、氮气补入口以及锅炉给水喷射器。
[0013] 所述低温反应段包括1#低温反应器，所述1#低温反应器的出口分别经两个高温 反应段的原料气预热器与2#低温反应器连接，所述2#低温反应器经产品冷却器与产品分 离器连接。
[0014] 采用上述系统的工艺方法为：所述自上游的原料气被均分成A、B两股，分别进入 并联的两个高温反应段进行高温反应及热量回收，经热量回收后的每股合成气再分成两 股，即A1股和A2股、B1股和B2股，A1股和B1股股各自经锅炉给水预热器预热后合并，再 经压缩机增压到3. 06-3. 12MPag后再均分成两股分别回送至并联的高温反应段作为循环 气补入；A2和B2股合成气合并后直接送入低温反应段反应后得到合格的天然气。
[0015] 在所述任一个高温反应段中，所述A股或B股原料气先经原料气预热器预热至 60-250°C后再经分离器分离中其中的液体，经分离器分离后的原料气分为两股，来自压缩 机的循环气也分成两股，来自分离器的第一股原料气与来自压缩机的第一股循环气混合至 260-340°C进入1#高温反应器进行第一次甲烷化反应；出1#高温反应器的合成气经1#废 锅降温至320-4KTC。后与来自分离器的第二股原料气、来自压缩机的第二股循环气混合至 260-350°C后进入2#高温反应器进行第二次甲烷化反应，出2#高温反应器的合成气经蒸汽 过热器初步降温回收热量后，再进入2#废锅进一步降温并回收热量至350-250°C后的合成 气被分为两股（即A1股、A2股)。
[0016] 当任一高温反应器超温时，向进入原料气预热器前的所述A股或B股原料气中间 断补入甲烷、氮气及锅炉给水中的至少一种以调节系统高温甲烷化反应器温度。
[0017] 在所述低温反应段中，A2和B2股合成气合并后先进入1#低温反应器进行第三次 甲烷化反应，然后分成两股分别经并联的两个高温反应段中的原料气预热器与原料气进行 间接换热降温至220-300°C，然后两股合成气合并送入2#低温反应器进行第四次甲烷化反 应，出2#低温甲烷化反应器的合成气再经产品冷却器降温后在产品分离器中分液，得到合 格的合成天然气。
[0018] 控制所述1#高温反应器的进口温度为260-340°C，出口温度为580-700°C;控制2# 高温反应器的进口温度为260-350°C、出口温度为580-700°C ;
[0019] 控制1#低温反应器的进口温度为250-300°C、出口温度为400-480°C ;控制2#低 温反应器的进口温度为220-300°C、出口温度为250-380°C。
[0020] 所述甲烷的补入量为使进料气中甲烷含量为l_15%m〇l ;氮气的补入量为使进料 气中氮气含量为l_3%mol ;锅炉给水的补入量为使进料气中水含量为l-10%mol。
[0021] 经分离器分离后的原料气分为两股分别进入1#高温反应器和2#高温反应器，其 中进入1#高温反应器的第一股原料气总气量占总气量的35_65%mol。
[0022] 经热量回收后的每股合成气再分成两股，送入压缩机压缩作为循环气的气量占经 热量回收后的每股合成气总气量的55-80%mo 1。
[0023] 任一个所述高温反应段中，所述送入1#高温反应器的循环气占送入该高温反应 段的循环气的总气量的80-95%mol。
[0024] 本实用新型中的原料气是基于气流床气化技术的高C0浓度净化气，该原料气 中CO浓度可达24%mol以上，且几乎不含有CH4，循环气量大（占高温反应器出口气量的 55-80%)
[0025] 发明人针对【背景技术】中存在的问题，对现有的基于气流床气化技术的甲烷化工艺 进行深入研究，针对循环气量大的问题，发明人发现，处理难度主要集中在高温反应阶段， 由于目前高温甲烷化反应器制造技术的限制，其尺寸有限，单位时间内难以处理大量原料 气，因此将高温反应段设计成并联的两段，原料气(又称净化）可均分两股，分别进行高温反 应及热量回收，然后针对高温反应后回收热量的合成气，由于温度降低，气体的体积减小， 因此可以共用一个压缩机及低温反应段分别进行循环增压及低温反应，从而解决过去存在 的设备、管道、仪表阀门等材料的制造和设计难度大，难以实现工程化的问题，
[0026] 为解决系统温度控制和调节的问题，发明人进行了两方面的改进，一是通过向高 温反应段内补入大量循环气以调节高温反应器的入口温度，优选送入压缩机压缩作为循环 气的气量占经高温反应及热量回收后合成气总气量（即并联的两个高温反应段反应后合成 气的总气量)的55-80%mol，即大部分进行循环，这样可以有效控制反应温度，对于任意一个 高温反应段而言，优选所述送入1#高温反应器的循环气占送入该高温反应段的循环气的 总气量的80-95%%mol，余量补入2#高温反应器，通过循环气量补入比例的调节，可以较好 的控制两个高温反应器的入口温度，保证甲烷化反应的正常进行。二是在任意一个高温反 应段，原料气进入预热器前补入了甲烷、氮气和锅炉给水(可以喷射器喷入的方式）中的至 少一种，发明人特别在此处加入三者的目的是为了增加控温手段。三者可以择一或者一起 间断添加，甲烷的加入量控制在使原料气中甲烷的含量在l_15%mol ;氮气的加入量控制在 使原料气中氮的含量在l_3%mol ;锅炉给水的添加量控制在使原料气中水含量在l-10%mol 之间；具体加入量是以使处于超温状态的高温反应器降至要求温度内即可，但添加量最好 不要超出上述范围内，当加入任一种仍无法使高温反应器的温度降至要求范围内时，则可 以考虑合并加入其它一种或两种，以实现灵活快速控温的目的。这里，发明人选择了甲烷、 氮气及锅炉给水的原理是甲烷化和水作为甲烷化反应的生成物，能有效调节反应的平衡， 而氮气的的添加原理不是为了防爆的目的，而是由于氮气加入原料气中具有稀释反应物的 作用，从而实现控温的目的，目前为止从未在甲烷化工艺中添加氮气及甲烷以调节系统温 度的报导。
[0027] 发明人通过两次高温甲烷化，两次低温甲烷化的设计，并严格控制反应器的进出 口温度，从而保证甲烷化反应的正常进行，保证系统的安全稳定运行，对于甲烷化反应的热 量能够很好的回收，除副产过热蒸汽外，还能用于对原料气的预热，具有节能降耗的优点。
[0028] 有益效果
[0029] 1.本实用新型为气流床气化技术的高C0浓度净化气的用于煤制天然气的甲烷化 工艺提供了解决方案，系统流程简单可靠、设备投资和运行成本低、生产出的天然气完全满 足国家标准（GB17820-2012)的热值要求。
[0030] 2.采用了并联的双高温反应段与一个低温反应段串联，有效解决设备、管道、仪表 阀门等材料的制造和设计难度大，难以实现工程化的问题，特别适用于对于产量达到10亿 Nm3/a SNG以上的大型工程；
[0031] 3.每个高温反应段均设有废锅多级有效回收热量，简化操作流程，避免高温反应 段之间的干扰，便于系统控制；
[0032] 4.采用补充CH4、氮气及锅炉给水的方式调节甲烷化反应温度和平衡，有效控制反 应，提高了操作的运行稳定性；喷射锅炉给水的方法调节甲烷化反应温度和平衡。增加了控 制手段和调节方法，锅炉给水设置在原料气预热器之前，在原料气进入1#高温反应器前还 设置了分离器，可以保证补入的锅炉给水在进入反应器之前合成气中的水蒸气处于过热状 态，防止冷凝水与催化剂的接触，保证技术可靠运行；
[0033] 5.采用并联的双高温反应段，满足大气量循环气的循环要求，循环气分别循环至 两个高温反应段的1#高温反应器和2#高温反应器，进一步保证甲烷化反应的正常进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1为本实用新型系统图暨工艺流程图。
[0035] 其中，E01A--原料气预热器、R01A--1#高温反应器、R02A--2#高温反应 器、E01B--原料气预热器、R01B--1#高温反应器、R02B--2#高温反应器、E02A-- 1#废锅、E03A--蒸汽过热器，E04A--2#废锅、E05A--锅炉给水预热器、E02B--1# 废锅、E03B--蒸汽过热器，E04B--2#废锅、E05B--锅炉给水预热器、K01--压缩 机、R03--1#低温反应器、R04--2#低温反应器、E06--产品冷却器、S01-分离器、 S02--产品分离器、U01A--锅炉给水喷射器、U02A--甲烷补入口、U03A--氮气补入 口、U01B--锅炉给水喷射器、U02B--甲烷补入口、U03B--氮气补入口、A--高温反应 段、B--高温反应段。
【具体实施方式】
[0036] 系统实施例：
[0037] 高温反应段为并联的两个(高温反应段A和高温反应段B)，所述两个高温反应段 A、B的出口均与低温反应段连接，以及分别经各自对应的锅炉给水预热器E05A、E05B与压 缩机K01连接，所述压缩机K01的出口分别与两个高温反应段A、B连接。
[0038] 所述两个高温反应段A、B内各设备间的连接关系及处理气量是完全相同的。以高 温反应段A为例：所述高温反应段A包括依次连接的原料气预热器E01A、分离器S01A、1#高 温反应器R01A、1#废锅E02A、2#高温反应器R02A、蒸汽过热器E03A及2#废锅E04A ;所述 分离器S01A的出口还与2#高温反应器R02A入口前的管线连接；所述压缩机K01的出口还 分别与1#高温反应器和2#高温反应器入口前的管线连接。在原料气预热器U01A前的管 线上还设有甲烷补入口 U02A、氮气补入口 U03A以及锅炉给水喷射器U01A。
[0039] 高温反应段B内的设备连接关系同高温反应段B，在此不作缀述。
[0040] 所述低温反应段包括1#低温反应器R03,所述1#低温反应器的入口分别与高温反 应段A的2#废锅E04A的出口以及高温反应段B的2#废锅E04B连接，出口分别经两个高 温反应段A、B的原料气预热器U01A、U01B与2#低温反应器R04连接，所述2#低温反应器 R04经产品冷却器E06与产品分离器S02连接。
[0041] 工艺实施例：
[0042] 上游净化装置来的净化气（以下简称净化气）组成为：H2 :74. 7%mol ;CH4 :200ppm ; N2 :0· 4%mol ;C0 :24. l%mol ;C02 :0· 8%mol ;H2S+C0S :〈0· lppm。温度：3(TC，压力：3. 12MPag， 流量：4272898Nm3/h。
[0043] 进入界区的原料气被均为为A、B两股原料气，分别进入两个并联的高温反应段A、 B，两个反应段内原料气的工艺过程及工艺条件相同，以下描述为其中一个高温反应段A的 流程：
[0044] A股原料气首先与由喷射器U01喷入的间断供给的锅炉给水和甲烷补入口 U02A 补入甲烷、氮气补入口 U03A补入氮气（在进料气中甲烷、氮气及水蒸气的比例分别为 l-15%mol、l-3%mol、l-10%mol)，其作用主要是当系统超温时作为调节手段）均匀混合，再经 原料气预热器E01A与来自2#废锅E04A的合成气间接换热，将原料气预热至60°C _250°C， 然后经分离器S01A分离出气体中的液体，以避免原料气中的液体被带入高温反应器中， 由分离器S01A顶部排出的含有蒸汽的原料气被分为两股。一股原料气（占原料气总量 的35-65%mol)与来自循环气压缩机K01的第一股循环气(所述送入1#高温反应器R01A 的循环气占送入高温反应段A的循环气的总气量的80-95%mol，余下送入2#高温反应器 R02A)混合至260-340°C进入1#高温反应器R01A进行甲烷化反应，控制反应器出口温度为 580-700°C ;另一股原料气（占原料气总量的65-35%mol)与来自1#高温反应器R01的经1# 废锅E02A换热后的合成气、以及来自循环气压缩机K01的第二股循环气混合至260-350°C 后进入2#高温反应器R02A，反应器出口温度为580-700°C，出2#甲烷反应器R02的合成气 首先经过蒸汽过热器E03A初步降温后再进入2#废锅E04A将温度降低至350-250°C后合成 气被分为Al、A2股。同理来自高温反应段B的合成气被分成Bl、B2股。
[0045] A1股合成气经锅炉给水预热器E05A降温至200-150°C与来自高温反应段B的经 锅炉给水预热器E05B降温至200-150°C的B1股合成气合并后（占高温反应段A和高温反应 段B生成的合成气总量的55-80%mol)通过压缩机K01增压到3. 06-3. 12Mpag后再均分成 两股作为循环气分别送入高温反应段A、B，以高温反应段A为例，送入高温反应段A的循环 气再分成两股，第一股送入高温反应段A中的1#甲烷反应器R01A，第二股送入2#高温反应 器R02A。送入高温反应段B的循环气补入方式同高温反应段A。
[0046] 来自高温反应段A、B的A2股和B2股合成气合并后进入1#低温反应器R03进行第 三次甲烷化反应，控制1#低温反应器R03的进口温度为250-300°C、出口温度400-480°C， 出1#低温反应器R03的合成气被均分为两股，分别进入高温反应段A、B的净化气预热 器E01A和E01B中与原料气换热降温至220-300°C后两股合成气合并进入2#低温反应 器R04进行第四次甲烷化反应，控制2#低温反应器的进口温度为220-300°C、出口温度为 250-380°C，出2#低温化反应器R04的合成气再经产品冷却器E06降温后在产品分离器S02 中分液，得到合格的合成天然气（SNG)。
[0047] 天然气组成为：H2 :1. 8%mol ;CH4 :95. 2%mol ;N2 :1. 4%mol ;C0 :149ppm ;C02 : 1. 3%mol ;H20 :0· 3%mol,温度：40°C，压力：2. 3MPag，流量：126524Nm3/h。各项指标满足 GB17820-2012对天然气的要求。
[0048] 副产过热高压蒸汽（9. 8MPag，535°C) :357t/h。
【权利要求】
1. 一种气流床气化的甲烷化系统，包括高温反应段和低温反应段，其特征在于，所述高 温反应段为并联的两个，所述两个高温反应段的出口均与低温反应段连接，以及分别经各 自对应的锅炉给水预热器与压缩机连接，所述压缩机的出口分别与两个高温反应段连接。
2. 如权利要求1所述的气流床气化的甲烷化系统，其特征在于，任意一个所述高温反 应段包括依次连接的原料气预热器、分离器、1#高温反应器、1#废锅、2#高温反应器、蒸汽 过热器及2#废锅；所述分离器的出口还与2#高温反应器入口前的管线连接；所述压缩机 的出口还分别与1#高温反应器和2#高温反应器的入口前的管线连接。
3. 如权利要求1或2所述的气流床气化的甲烷化系统，其特征在于，原料气预热器前的 管线上还设有甲烷补入口、氮气补入口以及锅炉给水喷射器。
4. 如权利要求1所述的气流床气化的甲烷化系统，其特征在于，所述低温反应段包括 1#低温反应器，所述1#低温反应器的出口分别经两个高温反应段的原料气预热器与2#低 温反应器连接，所述2#低温反应器经产品冷却器与产品分离器连接。
【文档编号】C10L3/08GK203999532SQ201420178472
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】晏双华, 周建振, 詹信, 肖敦峰, 李繁荣, 肖晓愚, 胡四斌, 徐建民, 夏吴 申请人:中国五环工程有限公司